Как рационально спроектировать коэффициент мощности фотоэлектрических станций

С растущим глобальным спросом на возобновляемую энергию, технология фотоэлектрической генерации энергии быстро развивается. Как основной носитель технологии фотоэлектрической генерации, рациональность проектирования солнечной электростанции напрямую влияет на эффективность выработки электроэнергии, стабильность работы и экономические выгоды станции. Среди них, коэффициент мощности, как ключевой параметр в проектировании солнечной электростанции, оказывает важное влияние на общую производительность станции. Цель данной статьи - обсудить, как рационально спроектировать коэффициент мощности солнечной электростанции для повышения эффективности выработки электроэнергии и экономичности.

01 Обзор коэффициента мощности солнечной электростанции
Коэффициент мощности солнечной электростанции определяется как соотношение между установленной мощностью солнечных модулей и мощностью инверторного оборудования.
Из-за нестабильности солнечной генерации и значительного влияния окружающей среды, простое соответствие коэффициента мощности солнечной станции 1:1 по установленной мощности солнечных модулей приведет к потере мощности солнечного инвертора. Поэтому для повышения эффективности выработки электроэнергии солнечной системы при стабильной работе самой системы, оптимальный коэффициент мощности должен быть больше 1:1. Разумное проектирование коэффициента мощности может не только максимизировать выходную мощность, но и адаптироваться к различным условиям освещенности, а также компенсировать некоторые потери в системе.

02 Основные факторы, влияющие на коэффициент объема
Проектирование разумного соотношения мощности должно учитывать множество факторов в зависимости от конкретной ситуации проекта. Факторы, влияющие на соотношение мощности, включают ослабление компонентов, потери системы, солнечную радиацию, угол установки компонентов и т.д. Конкретный анализ представлен ниже.

1. Ослабление компонентов
В случае нормального старения, ослабление компонента в первый год составляет около 1%, начиная со второго года ослабление компонента будет изменяться линейно, а коэффициент ослабления за 30 лет составит примерно 13%, то есть годовая выработка электроэнергии компонентом снижается, и номинальная выходная мощность не может поддерживаться постоянно. Поэтому при проектировании соотношения мощности фотоэлектрической системы необходимо учитывать ослабление компонентов на протяжении всего жизненного цикла станции для максимизации выработки электроэнергии и повышения эффективности системы.

Линейная кривая ослабления мощности фотоэлектрических модулей за 30 лет

2. Потери системы
В фотогальванической системе между модулем и выходом инвертора существуют различные потери, включая последовательные и параллельные потери модуля, потери из-за пыли на блоке, потери в цепи постоянного тока, потери в фотоинверторе и т.д., потери каждого звена влияют на фактическую выходную мощность инвертора солнечной электростанции.

Отчет о моделировании солнечной электростанции PVsyst

Как показано на рисунке, фактическую конфигурацию и потери от затенения проекта можно смоделировать с помощью PVsyst в приложении проекта; В обычных условиях потери в цепи постоянного тока фотоэлектрической системы составляют около 7-12%, потери инвертора составляют около 1-2%, а общие потери составляют около 8-13%. Следовательно, существует разница между номинальной мощностью фотоэлектрических модулей и фактическими данными по выработке электроэнергии. Если емкость модуля выбирается согласно соотношению 1:1 к емкости фотоэлектрического инвертора, то фактическая максимальная выходная мощность инвертора составляет примерно 90% от номинальной мощности инвертора, даже при наилучшем освещении инвертор не работает на полную загрузку, что снижает использование инвертора и всей системы.

3. Излучение варьируется в разных регионах
Компонент может достичь номинальной выходной мощности только при условиях СТС (условия СТС: интенсивность света составляет 1000Вт/м², температура батареи равна 25°C, и качество атмосферы равно 1.5). Если рабочие условия не соответствуют условиям СТС, выходная мощность фотovoltaического модуля неизбежно будет меньше его номинальной мощности. Распределение времени солнечных ресурсов в течение дня не всегда удовлетворяет условиям СТС, главным образом из-за значительных различий в освещенности и температуре утром, днем и вечером. При этом освещенность и окружающая среда в разных регионах оказывают разное влияние на выработку электроэнергии фотovoltaическими модулями. Поэтому на начальном этапе проекта необходимо ознакомиться с данными о местных солнечных ресурсах в зависимости от конкретного региона и провести расчеты данных.

Согласно стандартам классификации Центра оценки ветровой и солнечной энергии Национальной метеорологической службы, можно узнать конкретные данные об излучении в разных регионах, а общая солнечная радиация за год делится на четыре класса:

Классификация общей солнечной радиации по годовой норме излучения

Поэтому, даже в одном и том же регионе с одинаковыми ресурсами, наблюдаются большие различия в количестве излучения в течение года. Это означает, что при одинаковой конфигурации системы, то есть при одинаковом соотношении мощности, выработка электроэнергии будет разной. Чтобы достичь одинаковой выработки электроэнергии, можно изменить объемное соотношение.

4. Угол установки компонентов
В одном и том же проекте солнечной электростанции на стороне пользователя могут быть разные типы крыш, и в зависимости от типа крыши будут использоваться различные углы наклона для установки солнечных панелей. Соответственно, инсоляция, получаемая этими панелями, также будет различной. Например, в промышленном и коммерческом проекте в провинции Чжэцзян есть металлические черепичные крыши и бетонные крыши, и их углы наклона составляют 3° и 18° соответственно. Данные об инсоляции на наклонной поверхности, смоделированные с помощью PV для разных углов наклона, показаны на рисунке ниже. Можно видеть, что инсоляция, получаемая панелями, установленными под разными углами, различается. Если распределённая крыша в основном состоит из черепицы, то выходная энергия панелей одинаковой мощности будет ниже, чем у тех, которые установлены под определённым углом наклона.

Общее излучение при наклоне 3°

Общее излучение при наклоне 18°

03 Идеи проектирования коэффициента мощности
Согласно вышеуказанному анализу, проектирование коэффициента мощности в основном направлено на повышение общей эффективности электростанции за счет регулировки мощности подключения постоянного тока инвертора. На данный момент методы конфигурации коэффициента мощности делятся на компенсационное и активное перегрузочное сопряжение.

1. Компенсация перегрузочного соотношения
Компенсационное перегрузочное соотношение означает, что путем регулировки объемного соотношения инвертор может достичь полной нагрузочной мощности при оптимальном освещении. Этот метод учитывает только частичные потери в фотоэлектрической системе, увеличивая мощность модуля (как показано на рисунке ниже), можно компенсировать потери энергии в процессе передачи, чтобы обеспечить фактическое использование инвертора с полной нагрузочной мощностью без потерь от ограничения.

Схема компенсации перегрузки

2. Активное перегрузочное соотношение
Активное пересопоставление заключается в продолжении увеличения мощности фотоэлектрических модулей на основе компенсационного пересопоставления (как показано на рисунке ниже). Этот метод учитывает не только потери системы, но и комплексно рассматривает инвестиционные затраты и доходы. Цель состоит в минимизации средней стоимости электроэнергии (LCOE) системы за счет активного продления полного времени работы инвертора, находя баланс между увеличенными затратами на компоненты и доходом от выработки электроэнергии системы. Даже при плохом освещении инвертор также работает на полную нагрузку, тем самым продлевая время полной загрузки; Однако фактическая кривая производства электроэнергии системы будет демонстрировать явление "обрезки пиков", как показано на рисунке, и некоторые периоды времени будут находиться в состоянии ограниченной генерации. Однако при подходящем соотношении мощностей общий LCOE системы является минимальным, то есть достигается увеличение выгоды.

Схема активного пересопоставления

Как показано на рисунке ниже, удельные затраты на электроэнергию (LCOE) продолжают снижаться с увеличением коэффициента мощности. В точке компенсирующего избытка LCOE системы не достигает минимального значения. Когда коэффициент мощности дополнительно увеличивается до точки активного избытка, LCOE системы достигает минимального значения, и после дальнейшего увеличения коэффициента мощности LCOE снова начинает расти. Следовательно, точка активного пересопоставления является оптимальным коэффициентом мощности для системы.

Диаграмма LOCE/коэффициента мощности

Что касается инверторов, то как достичь минимальных удельных затрат на электроэнергию (LCOE) системы, это требует достаточной способности к перераспределению на стороне постоянного тока. Для разных регионов, особенно для областей с неблагоприятными условиями освещенности, требуется более высокая схема активного перераспределения для продления времени работы инвертора на номинальной мощности и максимального снижения LCOE системы.

04 Заключение и рекомендации
Подводя итог, схемы компенсационного избыточного распределения и активного избыточного распределения являются эффективными средствами для повышения эффективности фотоэлектрических систем, но каждая имеет свою специфику. Компенсационное избыточное соответствие主要集中ует на компенсации потерь системы, в то время как активное избыточное соответствие уделяет больше внимания поиску баланса между увеличением затрат и повышением дохода. Поэтому в реальном проекте рекомендуется всесторонне выбирать подходящую схему конфигурации коэффициента мощности согласно требованиям проекта.